再生纖維素纖維的性能及定性分析方法研究

李瑩，黃怡婧，賈凱凱

（上海市質量監督檢驗技術研究院，上海200040）

0 引言

隨著科學技術的發展，再生纖維素纖維的生產工藝逐年改進，其服用性能也得到良好改善。再生纖維素纖維具有綠色環保、可循環使用多次的特性，并且某些服用方面的性能優于天然的纖維素纖維。近年來，人們對再生纖維素纖維的使用量日益增多，但其性能的細微差異和種類的多樣性給檢測行業工作者造成較大的困擾。文中對幾種常用再生纖維素纖維的生產工藝、性能、定性標準、定性過程中存在的問題以及最新的定性分析方法進行了介紹。

1 試驗

1.1 試驗材料

黏膠纖維、莫代爾纖維、萊賽爾纖維［蘭精纖維（上海）有限公司/迪特亞·博拉集團］，黏膠纖維、莫代爾纖維、萊賽爾纖維（國內多家生產企業），銅氨纖維（日本旭化成及國內經銷商），臺化莫代爾纖維（臺灣臺化集團）。

1.2 儀器設備

VEGA 3 XMU型真空掃描電子顯微鏡（捷克TESCAN公司）、Rigaku D/max-2550型X射線衍射儀（日本理學公司）、NICOLET 380 FT-IR傅里葉變換紅外光譜儀（美國NICOLET公司）、Y172型纖維切片器（溫州方圓儀器有限公司）、LEICA DM500徠卡光學顯微鏡（德國LEICA公司）。

1.3 再生纖維素纖維的制備

再生纖維素纖維是以棉花或木材為原材料，通過紡絲工藝制成的紡織類纖維，其本質是纖維素，與棉纖維的化學組成基本相同，均為多糖物質，由多個葡萄糖剩基通過1,4-甙鍵連接而成的線性大分子。市場上常用的再生纖維素纖維主要有黏膠纖維、莫代爾纖維、萊賽爾纖維和銅氨纖維4種類型，圖1是纖維素纖維的基本組成結構單元纖維素大分子。

圖1 纖維素大分子

由圖1可知，常用的幾種再生纖維素纖維與棉纖維的基本組成結構單元一致，其化學鍵能也相同，且所測得的紅外光譜圖基本一致，因此用紅外光譜法無法對其進行鑒別。

1.3.1 黏膠纖維

黏膠纖維是采用木材為原料，將其浸漬在濃堿溶液中，經過CS2磺化、老化制成的一類再生纖維素纖維。由于在濃堿溶液中浸漬時間較長，天然纖維素纖維的結晶度和聚合度降低，在再生的過程中由纖維素Ⅰ轉變為纖維素Ⅱ。

1.3.2 莫代爾纖維

由于莫代爾纖維是在黏膠纖維生產工藝的基礎上通過降低堿的用量和控制生產工藝生產制得的，所以莫代爾纖維的結晶度和聚合度比黏膠纖維高，其耐堿性增強，濕斷裂強力也得到了較大的改善。

1.3.3 萊賽爾纖維

萊賽爾纖維是將天然纖維素溶解于有機溶劑N-甲基嗎啉-N-氧化物（NMMO）中，因纖維素纖維在有機溶劑中不會發生降解，故制得的纖維結晶度和聚合度相對較高，且具有優異的性能和真絲般的光澤[1]。

1.3.4 銅氨纖維

銅氨纖維是將纖維溶解在銅氨溶液中，通過加水改變銅氨溶液的配比使纖維析出獲得再生，柔軟度好，不產生靜電[2-3]。

2 結果與分析

2.1 性能分析

黏膠纖維橫截面呈鋸齒形，縱向有少量橫條紋，是纖維在再生過程中經過拉伸、卷繞、干燥、收縮形成的特有形態。莫代爾纖維橫截面呈啞鈴型，縱向有少量橫條紋，也是在成形過程中經過拉伸、卷繞、干燥、收縮等機械張力造成的。萊賽爾纖維、銅氨纖維和臺灣臺化集團生產的臺化莫代爾纖維橫截面均為圓形或近似圓形，縱向光滑無明顯條紋。圖2～6是采用電子掃描顯微鏡獲得的放大3 000倍視野下各種纖維的橫截面形態。

圖2 黏膠纖維

圖3 莫代爾纖維

圖4 萊賽爾纖維

圖5 銅氨纖維

圖6 臺化莫代爾纖維

再生纖維素纖維的微觀結構受到紡絲工藝的影響，在結晶度、聚合度、取向度等方面均有所不同。由于不同的生產廠家所采用的再生纖維素纖維生產工藝也不盡相同，故纖維的聚合度、結晶度和取向度的大小并不能完全確定，且部分國內廠商生產的纖維的結晶度相對偏低。表1中列出了此類纖維上述所描述性能指標的范圍數值。

表1 棉與再生纖維素纖維的性能指標

研究表明，常用的幾種再生纖維素纖維的結晶度存在一定的差異，故纖維在宏觀方面會表現出不同的性能，但采用X射線衍射儀測試只能測試單一純度纖維的結晶度，且檢測費用較高。鑒于國內生產的再生纖維素纖維的結晶度并非固定，所以采用結晶度測試法獲得的纖維結晶度存在一定的誤差干擾。

2.2 存在問題

近幾年，研究人員對于再生纖維素纖維的定性分析方面的研究較多，且大多數集中于對圓形萊賽爾纖維和銅氨纖維的鑒別。目前，對于此類再生纖維素纖維定性標準的原理都是一致的。首先通過燃燒、溶解、熔點等方法確定為纖維素纖維，然后根據纖維的橫向和縱向截面形態進行具體種類的定性分析（如黏膠纖維的橫截面為鋸齒形，縱向有少量橫條紋）。由于不同的生產廠家所采取的生產工藝并不完全相同，因而生產出的再生纖維素纖維與標準上標注的纖維形態會有所差異（見圖7和圖8），部分纖維介于標準規定的黏纖與莫代爾纖維之間，根據標準規定的形態無法給出準確的定性結果。另外，對于以上幾種近圓形的萊賽爾纖維、銅氨纖維以及臺化莫代爾纖維，根據目前的方法標準人們是無法進行定性的。

圖7 部分形態不標準的纖維1

圖8 部分形態不標準的纖維2

2.3 研究現狀

隋樹香等[4]提出根據原纖化性能鑒別萊賽爾纖維和銅氨纖維，是根據大部分萊賽爾纖維具有原纖化性能，通過機械外力的作用加大萊賽爾纖維的原纖化，從而達到鑒別的目的。但此方法并不適用于所有的萊賽爾纖維，部分萊賽爾纖維不具有原纖化性能，也無法通過機械外力使其具有原纖化性能。趙玲、李菊竹等[5]提出通過測試銅離子濃度來鑒別萊賽爾纖維和銅氨纖維，其測試原理是銅氨纖維在紡絲過程中會黏附部分銅氨溶液中的銅離子，從而使纖維上的銅離子濃度比萊賽爾纖維高，但此方法的干擾因素較多，其中兩個較為重要的原因是：①銅氨纖維在生產過程中會采用去銅離子處理，使得纖維的銅離子濃度較低，難以檢測；②在印染加工過程中，所用的染料及助劑中會帶入部分銅離子，對測試結果造成干擾。

此外，李菊竹[6]提出了通過測試纖維在堿液中的膨脹性能（根據膨脹率的大小）來鑒別萊賽爾纖維和銅氨纖維，要求在短時間（30 s）內測試100根纖維直徑，但未考慮30 s內纖維直徑是否發生劇烈變化以及后續的染整加工對纖維直徑膨脹的影響。還有一些研究人員提出采用著色劑將纖維染色，根據纖維不同的上色效果進行定性分析，但目前還沒有一種較為有效的著色劑，可以使不同的纖維呈現不同的著色效果，且織物上的染料和助劑也會影響纖維的著色效果[7-8]。

3 結論

隨著再生纖維素纖維的使用量日益增大，纖維的優異性能也獲得廣大消費者的青睞，純再生纖維素纖維制品及與其它纖維混紡制品的占比逐年增加，但人們仍無法對其細分種類進行準確定性，尤其是對萊賽爾纖維和銅氨纖維的鑒別。因此，這些問題亟待纖維研究人員和纖檢工作者作進一步研究并加以解決，從而為日益增長的市場提供強有力的鑒定依據。